本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件，特別是一種集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，大功率半導(dǎo)體器件的需求越來(lái)越顯著。由于材料的限制，傳統(tǒng)的硅器件特性已經(jīng)到達(dá)它的理論極限，碳化硅是最近十幾年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的寬禁帶半導(dǎo)體材料，它具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高載流子飽和遷移率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，能夠適用于大功率、高溫及抗輻照等應(yīng)用領(lǐng)域。其中，基于氧化層的MOSFET(英文為：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，中文簡(jiǎn)稱：半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管)的開關(guān)器件的電流處置能力較小，同時(shí)不適合高溫環(huán)境(200-350℃)的應(yīng)用。

碳化硅雙極型晶體管屬于常關(guān)的雙極型載流子器件，它避開了碳化硅MOSFET遇到的柵氧問(wèn)題，理論工作溫度能達(dá)到500℃以上。同時(shí)，和其他開關(guān)器件相比，其制作工藝比較成熟。已在開關(guān)穩(wěn)壓電源、電能轉(zhuǎn)換、汽車電子以及功率放大器等方面取得了廣泛的應(yīng)用。

然而，碳化硅雙極型晶體管的研制仍然存在很多問(wèn)題。作為電流驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件，為了減少驅(qū)動(dòng)電路的功率損耗，提高BJTs的電流增益很重要。在過(guò)去十年里，已經(jīng)報(bào)道了一些增加電流增益的方法：例如雙基極外延層，薄的基區(qū)結(jié)構(gòu)，DLP熱氧化以及超結(jié)晶體管。然而，雙基極結(jié)構(gòu)需要額外的外延生長(zhǎng)和精密的刻蝕工藝，薄基區(qū)結(jié)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致低的擊穿電壓。因此，沒(méi)有一個(gè)實(shí)際的新型結(jié)構(gòu)可以同時(shí)提高器件性能并且易于制造。

綜上所述，現(xiàn)有的碳化硅達(dá)林頓管存在驅(qū)動(dòng)管電流處置能力較小，且制作工藝復(fù)雜，導(dǎo)致成本比較高的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提出一種集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管及其制作方法，以提高驅(qū)動(dòng)管電流增益，同時(shí)使得工藝簡(jiǎn)單，降低成本。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管，包括：

N+襯底；

N+緩沖層，設(shè)置在所述N+襯底上表面；

N-集電區(qū)，設(shè)置在所述N+緩沖層上表面；

基區(qū)，設(shè)置在所述N-集電區(qū)上表面；

N+發(fā)射區(qū)，設(shè)置在所述基區(qū)上表面，包括呈傾斜槽型的器件溝槽，呈傾斜槽型的器件隔離區(qū)和呈垂直槽型的發(fā)射區(qū)臺(tái)面；

基極P+注入?yún)^(qū)，設(shè)置在所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面下表面，且位于所述基區(qū)內(nèi)；

所述器件溝槽設(shè)置在所述N+發(fā)射區(qū)，且延伸至所述N-集電區(qū)上部；

所述器件隔離區(qū)設(shè)置在所述N+發(fā)射區(qū)，且延伸至所述N-集電區(qū)上部；

隔離區(qū)注入層，設(shè)置在所述器件隔離區(qū)下表面，且位于所述N-集電區(qū)內(nèi)；

氧化層，覆蓋所述器件溝槽區(qū)，所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面和所述器件隔離區(qū)，并且在所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面上開設(shè)有接觸孔；

基極接觸金屬，設(shè)置在所述基極P+注入?yún)^(qū)上表面，且位于所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面內(nèi)，與所述氧化層相連；

發(fā)射極接觸金屬，分別設(shè)置在所述N+發(fā)射區(qū)上表面和覆蓋有所述氧化層的所述器件溝槽區(qū)的上表面，設(shè)置在所述N+發(fā)射區(qū)上表面的所述發(fā)射極接觸金屬連接覆蓋所述器件隔離區(qū)和覆蓋所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面上的所述氧化層，設(shè)置在所述器件溝槽區(qū)的上表面兩邊分別連接覆蓋所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面上的所述氧化層；

互連金屬層，設(shè)置在覆蓋所述發(fā)射極接觸金屬的所述器件溝槽區(qū)上表面，并一側(cè)連接覆蓋所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面的所述基極接觸金屬；

集電極，位于所述N+襯底下表面。

優(yōu)選地，以所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面中心為分界線，將所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面分為第一發(fā)射區(qū)臺(tái)面和第二發(fā)射區(qū)臺(tái)面，其中，所述第一發(fā)射區(qū)臺(tái)面與所述器件隔離區(qū)之間的距離大于所述第二發(fā)射區(qū)臺(tái)面與所述器件隔離區(qū)之間的距離；

將所述第一發(fā)射區(qū)臺(tái)面和所述器件溝槽區(qū)確定為驅(qū)動(dòng)管，將所述第二發(fā)射區(qū)臺(tái)面和與所述器件隔離區(qū)相接區(qū)域確定為輸出管；

所述驅(qū)動(dòng)管的面積與所述輸出管的面積比為1:5。

優(yōu)選地，所述器件溝槽的深度介于3.6～5.1μm之間，底部寬度介于1～2μm之間，傾斜角度介于15°～30°之間。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管的制作方法，包括：

采用ICP刻蝕工藝，對(duì)N+發(fā)射區(qū)進(jìn)行刻蝕，分別形成發(fā)射區(qū)臺(tái)面，側(cè)壁傾斜的有源區(qū)第一溝槽結(jié)構(gòu)和第一隔離區(qū)；

在基區(qū)中進(jìn)行第一次離子注入，所述第一次離子注入后的所述基區(qū)形成基極p+注入?yún)^(qū)；

采用ICP刻蝕工藝，對(duì)所述基區(qū)進(jìn)行刻蝕，分別形成側(cè)壁傾斜的有源區(qū)第二溝槽結(jié)構(gòu)和第二隔離區(qū)；所述第一溝槽結(jié)構(gòu)和所述第二溝槽結(jié)構(gòu)組成器件溝槽，所述第一隔離區(qū)和所述第二隔離區(qū)組成器件隔離區(qū)；

在N-集電區(qū)中的所述器件隔離區(qū)底部進(jìn)行第二次離子注入，所述第二次離子注入后的所述集電區(qū)形成隔離區(qū)注入層；

其中，所述側(cè)壁傾斜角度介于15°～30°之間，所述第一溝槽刻蝕深度介于1.6～2.1μm之間，所述第二溝槽結(jié)構(gòu)刻蝕深度介于2～3μm之間，注入離子為鋁離子，注入溫度650℃；所述第一次離子注入深度為0.25μm，離子摻雜濃度1×10²⁰cm^-3，所述第二次離子注入深度為0.5μm，離子摻雜濃度1×10²⁰cm^-3。

優(yōu)選地，所述采用ICP刻蝕工藝，對(duì)N+發(fā)射區(qū)進(jìn)行刻蝕之前，還包括：

在N+襯底上生長(zhǎng)厚度為3.5～6μm、氮離子摻雜濃度為8×10¹⁷～5×10¹⁸cm^-3的N+緩沖層；

在所述N+緩沖層上生長(zhǎng)厚度為95～105μm、氮離子摻雜濃度為8×10¹³～6×10¹⁴cm^-3的N-集電區(qū)層；

在所述N-集電區(qū)外延生長(zhǎng)厚度為0.8～1.2μm、鋁離子摻雜濃度8×10¹⁶～8×10¹⁷cm^-3的基區(qū)；

在所述基區(qū)上生長(zhǎng)厚度為1.5～2μm、氮離子摻雜濃度為1×10¹⁹～2×10¹⁹cm^-3的N+發(fā)射區(qū)層；

其中，所述N+緩沖層的生長(zhǎng)條件為：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)猓凰鯪-集電區(qū)層的生長(zhǎng)條件為：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)?；所述基區(qū)的生長(zhǎng)條件為：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁；所述N+發(fā)射區(qū)層的生長(zhǎng)條件為：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

優(yōu)選地，所述第二次離子注入后的所述集電區(qū)形成隔離區(qū)注入層之后，還包括：

在所述器件溝槽區(qū)，所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面和所述器件隔離區(qū)的上表面淀積SiO₂后，進(jìn)行光刻，在所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面上刻蝕接觸孔；

在所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面上淀積合金，形成基極接觸金屬；

在所述器件溝槽上表面和所述發(fā)射區(qū)臺(tái)面沉淀金屬，形成發(fā)射極接觸金屬；

在形成所述發(fā)射極接觸金屬的所述器件溝槽上表面和位于所述基極p+注入?yún)^(qū)上表面的所述基極接觸金屬上表面沉淀金屬，形成互連金屬層。

本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管及其制作方法，由于增加了具有傾斜角度的有源區(qū)器件溝槽，增大了加速電子在基區(qū)輸運(yùn)的電場(chǎng)，從而提高了器件的基區(qū)傳輸效率和電流增益，提高了驅(qū)動(dòng)管電流增益；采用了具有傾斜角度的器件隔離區(qū)，并且在器件隔離區(qū)底部的外延層注入Al離子形成了P+注入層，從而緩解了電場(chǎng)集中效應(yīng)，提高了擊穿電壓，避免了提前擊穿；同時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)管和輸出管是在同一晶片制作完成的，使得制作工藝簡(jiǎn)單且成本低。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2A～圖2L為本發(fā)明實(shí)施例提供的制作集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管工藝示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一致集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管結(jié)構(gòu)主要包括：金屬發(fā)射極112、氧化層109、互連金屬層113、基極接觸金屬110、基極P+注入?yún)^(qū)106、N+發(fā)射區(qū)105、基區(qū)104、器件溝槽、發(fā)射臺(tái)面區(qū)、器件隔離區(qū)107、隔離區(qū)注入層108、N-集電區(qū)103、N+緩沖層102、N+襯底101和集電極111。

以下結(jié)合圖1，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)介紹：

位于集電極111上的N+襯底101，N+緩沖層102，設(shè)置在N+襯底101上表面；N-集電區(qū)103，設(shè)置在N+緩沖層102上表面；基區(qū)104，設(shè)置在N-集電區(qū)103上表面。

具體地，N+發(fā)射區(qū)105，設(shè)置在基區(qū)104上表面，包括呈傾斜槽型的器件溝槽區(qū)，呈傾斜槽型的器件隔離區(qū)107和呈垂直槽型的發(fā)射區(qū)臺(tái)面；進(jìn)一步地，基極P+注入?yún)^(qū)106，設(shè)置在發(fā)射區(qū)臺(tái)面下表面，且位于基區(qū)104內(nèi)；器件溝槽設(shè)置在N+發(fā)射區(qū)105，且延伸至N-集電區(qū)103上部；器件隔離區(qū)107設(shè)置在N+發(fā)射區(qū)105，且延伸至N-集電區(qū)103上部；隔離區(qū)注入層108，設(shè)置在器件隔離區(qū)107下表面，且位于N-集電區(qū)103內(nèi)。

具體地，氧化層109，覆蓋器件溝槽區(qū)，發(fā)射區(qū)臺(tái)面和器件隔離區(qū)107，并且在發(fā)射區(qū)臺(tái)面上開設(shè)有接觸孔；基極接觸金屬110，設(shè)置在基極P+注入?yún)^(qū)106上表面，且位于發(fā)射區(qū)臺(tái)面內(nèi)，與氧化層109相連；發(fā)射極接觸金屬112，分別設(shè)置在N+發(fā)射區(qū)105上表面和覆蓋有氧化層109的器件溝槽區(qū)的上表面，和N+發(fā)射區(qū)105上表面的發(fā)射極接觸金屬112連接覆蓋器件隔離區(qū)107和覆蓋發(fā)射區(qū)臺(tái)面上的氧化層109，設(shè)置在器件隔離區(qū)107的上表面兩邊分別連接覆蓋發(fā)射區(qū)臺(tái)面上的氧化層109；互連金屬層113，設(shè)置在覆蓋發(fā)射極接觸金屬112的器件溝槽區(qū)上表面，并一側(cè)連接覆蓋發(fā)射區(qū)臺(tái)面的基極接觸金屬110。

需要說(shuō)明的是，N+襯底101為高摻雜的N型碳化硅襯底片；緩沖層102的厚度是3.5～6μm、氮離子摻雜濃度是8×10¹⁷～5×10¹⁸cm^-3；N-集電區(qū)103的厚度是95～105μm、氮離子摻雜濃度為8×10¹³～6×10¹⁴cm^-3；基區(qū)104的厚度是0.8～1.2μm、鋁離子摻雜濃度8×10¹⁶～8×10¹⁷cm^-3；發(fā)射區(qū)105的厚度是1.5～2μm、氮離子摻雜濃度為1×10¹⁹～2×10¹⁹cm^-3的；在發(fā)射區(qū)105右側(cè)是厚度為3.6～5.1μm的器件隔離區(qū)107；在基區(qū)104和N-集電區(qū)103最左側(cè)是厚度為2～3μm的器件隔離區(qū)107；在裸露的基區(qū)104表面是由高劑量離子注入形成的厚度為0.25μm，鋁離子摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3的兩個(gè)基極P+注入?yún)^(qū)106；在N-集電區(qū)103兩側(cè)的器件隔離區(qū)107底部是高劑量離子注入形成的厚度為0.5μm，鋁離子摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3的兩個(gè)P+注入?yún)^(qū)；在基極P+注入?yún)^(qū)106上面由厚度分別為100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金形成基極接觸金屬110；在N-集電區(qū)103、基區(qū)104和發(fā)射區(qū)105垂直方向有一個(gè)隔離刻蝕形成的深度為3.6～5.1μm、側(cè)壁傾斜角度為15°～30°的器件溝槽，其上面淀積厚度為500nm的氧化層109；在器件溝槽表面的氧化層上及發(fā)射區(qū)105表面上為500nm的Ni金屬形成的金屬發(fā)射極112。

圖2A～圖2L為本發(fā)明實(shí)施例提供的制作集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管工藝示意圖?；谙嗤陌l(fā)明構(gòu)思，以下以實(shí)施例一～三并結(jié)合附圖2A～圖2L，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管制作方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

第1步，在N+襯底101片上外延生長(zhǎng)N+緩沖層102。具體地，如圖2A所示，先對(duì)N+襯底101進(jìn)行RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗；再在N+襯底101片正面上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為3.5μm、氮離子摻雜濃度為8×10¹⁷cm^-3的N+緩沖層102。

需要說(shuō)明的是，N+緩沖層102的生長(zhǎng)條件為：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

需要說(shuō)明的是，RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗法是1965年由Kern和Puotinen等人在N.J.Princeton的RCA實(shí)驗(yàn)室首創(chuàng)的，并由此而得名。RCA是一種典型的、至今仍為最普遍使用的濕式化學(xué)清洗法，該清洗法主要包括以下幾種清洗液。

(1)、SPM:H₂SO₄/H₂O₂120～150℃SPM具有很高的氧化能力，可將金屬氧化后溶于清洗液中，并能把有機(jī)物氧化生成CO₂和H₂O。用SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有機(jī)沾污和部分金屬，但是當(dāng)有機(jī)物沾污特別嚴(yán)重時(shí)會(huì)使有機(jī)物碳化而難以去除。

(2)、HF(DHF):HF(DHF)20～25℃DHF可以去除硅片表面的自然氧化膜，因此，附著在自然氧化膜上的金屬將被溶解到清洗液中，同時(shí)DHF抑制了氧化膜的形成。因此可以很容易地去除硅片表面的Al，F(xiàn)e，Zn，Ni等金屬，DHF也可以去除附著在自然氧化膜上的金屬氫氧化物。用DHF清洗時(shí)，在自然氧化膜被腐蝕掉時(shí)，硅片表面的硅幾乎不被腐蝕。

(3)、APM(SC-1):NH₄OH/H₂O₂/H₂O 30～80℃由于H₂O₂的作用，硅片表面有一層自然氧化膜(SiO₂)，呈親水性，硅片表面和粒子之間可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化層與硅片表面的Si被NH₄OH腐蝕，因此附著在硅片表面的顆粒便落入清洗液中，從而達(dá)到去除粒子的目的。在NH₄OH腐蝕硅片表面的同時(shí)，H₂O₂又在氧化硅片表面形成新的氧化膜。

(4)、HPM(SC-2):HCl/H₂O₂/H₂O 65～85℃用于去除硅片表面的鈉、鐵、鎂等金屬沾污。在室溫下HPM就能除去Fe和Zn。

清洗的一般思路是首先去除硅片表面的有機(jī)沾污，因?yàn)橛袡C(jī)物會(huì)遮蓋部分硅片表面，從而使氧化膜和與之相關(guān)的沾污難以去除；然后溶解氧化膜，因?yàn)檠趸瘜邮?沾污陷阱"，也會(huì)引入外延缺陷；最后再去除顆粒、金屬等沾污，同時(shí)使硅片表面鈍化。

第2步，在N+緩沖層102上外延生長(zhǎng)N-集電區(qū)103，具體地，如圖2B所示，在N+緩沖層102上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為95μm、氮離子摻雜濃度為8×10¹³cm^-3的N-集電區(qū)103。

需要說(shuō)明的是，N-集電區(qū)103的生長(zhǎng)工藝條件是：溫度為1600℃，壓力為100mbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

第3步，在N-集電區(qū)103上外延生長(zhǎng)基區(qū)104。具體地，如圖2C所示，在N-集電區(qū)103上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為0.8μm、鋁離子摻雜濃度為8×10¹⁶cm^-3的基區(qū)104。

需要說(shuō)明的是，基區(qū)104的生長(zhǎng)工藝條件是：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁。

第4步，在基區(qū)104上外延生長(zhǎng)N+發(fā)射區(qū)105。具體地，如圖2D所示，在基區(qū)104上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為1.5μm、氮離子摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3的N+發(fā)射區(qū)105。

需要說(shuō)明的是，N+發(fā)射區(qū)105的生長(zhǎng)工藝條件是：溫度為1600℃，壓力為100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

第5步，刻蝕溝槽和N+發(fā)射區(qū)105臺(tái)面。具體地，如圖2E所示，采用ICP刻蝕工藝，對(duì)N+發(fā)射區(qū)105進(jìn)行刻蝕，分別形成呈傾斜槽型的器件溝槽，呈傾斜槽型的器件隔離區(qū)107和呈垂直槽型的發(fā)射區(qū)臺(tái)面。需要說(shuō)明的是，刻蝕的側(cè)壁傾斜角度均為15°，深度為1.6μm。

需要說(shuō)明的是，ICP(英文為：inductively coupled plasma，中文為：感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕工藝：是微機(jī)電系統(tǒng)器件加工中的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于其控制精度高、大面積刻蝕均勻性好，刻蝕垂直度好，污染少和刻蝕表面平整光滑等優(yōu)點(diǎn)，常用于刻蝕高深寬比結(jié)構(gòu)。

第6步，在基區(qū)104中多次選擇性鋁離子注入，形成基區(qū)104的基極P+注入?yún)^(qū)106。具體地，如圖2F所示，包括以下步驟：

(6.1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0.2μm的SiO₂，再淀積厚度為0.7μm的Al作為基極P+注入?yún)^(qū)106鋁離子注入的阻擋層，并通過(guò)光刻和刻蝕形成基極P+注入?yún)^(qū)106；

(6.2)在650℃的溫度下進(jìn)行2次鋁離子注入，注入的劑量分別為1.2×10¹⁴cm^-2和4.1×10¹³cm^-2，對(duì)應(yīng)的能量分別為110keV和40keV；

(6.3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面依次進(jìn)行清洗、烘干和C膜保護(hù)，并在1700～1750℃氬氣氛圍中作15min的離子激活退火。

第7步，刻蝕器件溝槽和器件隔離區(qū)107。具體地，如圖2G所示，采用ICP刻蝕工藝，對(duì)基區(qū)104進(jìn)行刻蝕，分別形成側(cè)壁傾斜的有源區(qū)器件溝槽結(jié)構(gòu)和器件隔離區(qū)107，刻蝕的側(cè)壁傾斜角度均為15°，深度為2μm。

第8步，在N-集電區(qū)103中多次選擇性鋁離子注入，形成隔離區(qū)底部的隔離區(qū)注入層108。具體地，如圖2H所示，包括以下步驟：

(8.1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0.2μm的SiO₂，再淀積厚度為0.7μm的Al作為隔離區(qū)隔離區(qū)注入層108鋁離子注入的阻擋層，并通過(guò)光刻和刻蝕形成隔離區(qū)的隔離區(qū)注入層108；

(8.2)在650℃的溫度下進(jìn)行4次鋁離子注入，注入的劑量分別為1.2×10¹⁴cm^-2和4.1×10¹³cm^-2，對(duì)應(yīng)的能量分別為110keV和40keV；

(8.3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面依次進(jìn)行清洗、烘干和C膜保護(hù)，并在1700～1750℃氬氣氛圍中作15min的離子激活退火。

第9步，淀積形成氧化層109。具體地，如圖2I所示，采用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)結(jié)構(gòu)表面淀積SiO₂后，進(jìn)行光刻，并刻蝕出接觸窗口。

第10步，淀積形成基極接觸金屬110。具體地，如圖2J所示，包括以下步驟：

(10.1)在整個(gè)碳化硅片正面涂光刻膠，然后通過(guò)顯影形成基極接觸金屬110；

(10.2)對(duì)整個(gè)碳化硅片淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，之后通過(guò)超聲波剝離使正面形成接觸金屬層；

(10.3)在1000℃溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘形成歐姆接觸。

第11步，淀積形成集電極111。具體地，如圖2K所示，對(duì)整個(gè)碳化硅片背面淀積500nm的Ni金屬，在1050℃溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘形成歐姆接觸。

第12步，淀積形成發(fā)射極接觸金屬112。具體地，如圖2L所示，對(duì)驅(qū)動(dòng)管的溝槽表面和輸出管的N+發(fā)射區(qū)105表面分別淀積500nm的Ni金屬，作為發(fā)射極的接觸金屬112，在1050℃下，氮?dú)鈿夥罩型嘶?分鐘形成發(fā)射極接觸金屬112。

第13步，通過(guò)互連金屬層連接驅(qū)動(dòng)管與輸出管。具體地，如圖1所示。

在驅(qū)動(dòng)管的發(fā)射極和輸出管的基極上淀積500nm厚的Ni金屬，作為互連金屬層。

實(shí)施例二

步驟1，在N+襯底101片上外延生長(zhǎng)N+緩沖層102。具體地，如圖2A所示，先對(duì)N+襯底101進(jìn)行RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗；再在N+襯底101片正面上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為5μm、氮離子摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3的N+緩沖層102。

需要說(shuō)明的是，N+緩沖層102的生長(zhǎng)條件為：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

步驟2，在N+緩沖層102上外延生長(zhǎng)N-集電區(qū)103。具體地，如圖2B所示，在N+緩沖層102上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為100μm、氮離子摻雜濃度為2×10¹⁴cm^-3的N-集電區(qū)103。

需要說(shuō)明的是，N-集電區(qū)103的生長(zhǎng)工藝條件是：溫度為1600℃，壓力為100mbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

步驟3，在N-集電區(qū)103上外延生長(zhǎng)基區(qū)104。具體地，如圖2C所示，在N-集電區(qū)103上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為1μm、鋁離子摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3的基區(qū)104。

需要說(shuō)明的是，基區(qū)104的生長(zhǎng)條件是：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁。

步驟4，在基區(qū)104上外延生長(zhǎng)N+發(fā)射區(qū)105。具體地，如圖2D所示，在基區(qū)104上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為1.7μm、氮離子摻雜濃度為1.5×10¹⁹cm^-3的N+發(fā)射區(qū)105。

需要說(shuō)明的是，N+發(fā)射區(qū)105的生長(zhǎng)工藝條件是：溫度為1600℃，壓力為100mbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

步驟5，刻蝕溝槽和N+發(fā)射區(qū)105臺(tái)面。具體地，如圖2E所示，采用ICP刻蝕工藝，對(duì)N+發(fā)射區(qū)105進(jìn)行刻蝕，分別形成側(cè)壁傾斜的有源區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)和N+發(fā)射區(qū)105臺(tái)面，刻蝕的側(cè)壁傾斜角度均為22°，深度為1.8μm。

步驟6，在基區(qū)104中多次選擇性鋁離子注入，形成基區(qū)104基極P+注入?yún)^(qū)106。具體地，如圖2F所示，包括以下步驟：

(6.1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0.2μm的SiO₂，再淀積厚度為0.7μm的Al作為基極P+注入?yún)^(qū)106鋁離子注入的阻擋層，并通過(guò)光刻和刻蝕形成基極P+注入?yún)^(qū)106；

(6.2)在650℃的溫度下進(jìn)行2次鋁離子注入，注入的劑量分別為1.2×10¹⁴cm^-2和4.1×10¹³cm^-2，對(duì)應(yīng)的能量分別為110keV和40keV；

(6.3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面依次進(jìn)行清洗、烘干和C膜保護(hù)，并在1700～1750℃氬氣氛圍中作15min的離子激活退火。

步驟7，刻蝕器件溝槽和器件隔離區(qū)107。具體地，如圖2G所示，采用ICP刻蝕工藝，對(duì)基區(qū)104進(jìn)行刻蝕，分別形成側(cè)壁傾斜的有源區(qū)器件溝槽結(jié)構(gòu)和器件隔離區(qū)107，刻蝕的側(cè)壁傾斜角度為22°，深度為2.5μm。

步驟8，在N-集電區(qū)103中多次選擇性鋁離子注入，形成隔離區(qū)底部的隔離區(qū)注入層108。具體地，如圖2H所示，包括以下步驟：

(8.1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0.2μm的SiO₂，再淀積厚度為0.7μm的Al作為隔離區(qū)隔離區(qū)注入層108鋁離子注入的阻擋層，并通過(guò)光刻和刻蝕形成隔離區(qū)的隔離區(qū)注入層108；

(8.2)在650℃的溫度下進(jìn)行4次鋁離子注入，注入的劑量分別為1.2×10¹⁴cm^-2和4.1×10¹³cm^-2，對(duì)應(yīng)的能量分別為110keV和40keV；

(8.3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面依次進(jìn)行清洗、烘干和C膜保護(hù)，并在1700～1750℃氬氣氛圍中作15min的離子激活退火。

步驟9，淀積形成氧化層109。具體地，如圖2I所示，采用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)結(jié)構(gòu)表面淀積SiO₂后，進(jìn)行光刻，并刻蝕出接觸窗口。

步驟10，淀積形成基極接觸金屬110。具體地，如圖2J所示，包括以下步驟：

(10.1)在整個(gè)碳化硅片正面涂光刻膠，然后通過(guò)顯影形成基極接觸金屬110；

(10.2)對(duì)整個(gè)碳化硅片淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，之后通過(guò)超聲波剝離使正面形成接觸金屬層；

(10.3)在1000℃溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘形成歐姆接觸。

步驟11，淀積形成集電極111。具體地，如圖2K所示，對(duì)整個(gè)碳化硅片背面淀積500nm的Ni金屬，在1050℃溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘形成歐姆接觸。

步驟12，淀積形成發(fā)射極接觸金屬112。具體地，如圖2L所示，對(duì)驅(qū)動(dòng)管的溝槽表面和輸出管的N+發(fā)射區(qū)105表面分別淀積500nm的Ni金屬，作為發(fā)射極的接觸金屬層，在1050℃下，氮?dú)鈿夥罩型嘶?分鐘形成發(fā)射極接觸金屬112。

步驟13，通過(guò)互連金屬層連接驅(qū)動(dòng)管與輸出管。具體地，如圖1所示。

在驅(qū)動(dòng)管的發(fā)射極和輸出管的基極上淀積500nm厚的Ni金屬，作為互連金屬層。

實(shí)施例三

步驟A，在N+襯底101片上外延生長(zhǎng)N+緩沖層102。具體地，如圖2A所示，先對(duì)N+型襯底101進(jìn)行RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗；再在N+襯底101片正面上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為6μm、氮離子摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3的N+緩沖層102。

需要說(shuō)明的是，N+緩沖層102的生長(zhǎng)條件為：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

步驟B，在N+緩沖層102上外延生長(zhǎng)N-集電區(qū)103，具體地，如圖2B所示，在N+緩沖層102上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為105μm、氮離子摻雜濃度為6×10¹⁴cm^-3的N-集電區(qū)103。

需要說(shuō)明的是，N-集電區(qū)103的生長(zhǎng)工藝條件是：溫度為1600℃，壓力為100mbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

步驟C，在N-集電區(qū)103上外延生長(zhǎng)基區(qū)104。具體地，如圖2C所示，在N-集電區(qū)103上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為1.2μm、鋁離子摻雜濃度為8×10¹⁷cm^-3的基區(qū)104。

需要說(shuō)明的是，基區(qū)104的生長(zhǎng)工藝條件是：溫度為1600℃，壓力100mbar，反應(yīng)氣體包括硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁。

步驟D，在基區(qū)104上外延生長(zhǎng)N+發(fā)射區(qū)105。具體地，如圖2D所示，在基區(qū)104上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為2μm、氮離子摻雜濃度為2×10¹⁹cm^-3的N+發(fā)射區(qū)105。

需要說(shuō)明的是，N+發(fā)射區(qū)105的生長(zhǎng)工藝條件是：溫度為1600℃，壓力為100mbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻?/p>

步驟E，刻蝕溝槽和N+發(fā)射區(qū)105臺(tái)面。具體地，如圖2E所示，采用ICP刻蝕工藝，對(duì)N+發(fā)射區(qū)105進(jìn)行刻蝕，分別形成側(cè)壁傾斜的有源區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)和N+發(fā)射區(qū)105臺(tái)面，刻蝕的側(cè)壁傾斜角度為30°，深度為2.1μm。

步驟F，在基區(qū)104中多次選擇性鋁離子注入，形成基區(qū)104的基極P+注入?yún)^(qū)106。具體地，如圖2F所示，包括以下步驟：

(6.1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0.2μm的SiO₂，再淀積厚度為0.7μm的Al作為基極P+注入?yún)^(qū)106鋁離子注入的阻擋層，并通過(guò)光刻和刻蝕形成基極P+注入?yún)^(qū)106；

(6.2)在650℃的溫度下進(jìn)行2次鋁離子注入，注入的劑量分別為1.2×10¹⁴cm^-2和4.1×10¹³cm^-2，對(duì)應(yīng)的能量分別為110keV和40keV；

(6.3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面依次進(jìn)行清洗、烘干和C膜保護(hù)，并在1700～1750℃氬氣氛圍中作15min的離子激活退火。

步驟G，刻蝕器件溝槽和器件隔離區(qū)107。具體地，如圖2G所示，采用ICP刻蝕工藝，對(duì)基區(qū)104進(jìn)行刻蝕，分別形成側(cè)壁傾斜的有源區(qū)器件溝槽結(jié)構(gòu)和器件隔離區(qū)107，刻蝕的側(cè)壁傾斜角度均為30°，深度為3μm。

步驟H，在N-集電區(qū)103中多次選擇性鋁離子注入，形成隔離區(qū)底部的隔離區(qū)注入層108。具體地，如圖2H所示，包括以下步驟：(8.1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0.2μm的SiO₂，再淀積厚度為0.7μm的Al作為隔離區(qū)隔離區(qū)注入層108鋁離子注入的阻擋層，并通過(guò)光刻和刻蝕形成隔離區(qū)的隔離區(qū)注入層108；

(8.2)在650℃的溫度下進(jìn)行4次鋁離子注入，注入的劑量分別為1.2×10¹⁴cm^-2和4.1×10¹³cm^-2，對(duì)應(yīng)的能量分別為110keV和40keV；

(8.3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面依次進(jìn)行清洗、烘干和C膜保護(hù)，并在1700～1750℃氬氣氛圍中作15min的離子激活退火。

步驟I，淀積形成氧化層109。具體地，如圖2I所示，采用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)結(jié)構(gòu)表面淀積SiO₂后，進(jìn)行光刻，并刻蝕出接觸窗口。

步驟J，淀積形成基極接觸金屬110。具體地，如圖2J所示，包括以下步驟：

(10.1)在整個(gè)碳化硅片正面涂光刻膠，然后通過(guò)顯影形成基極接觸金屬110；

(10.2)對(duì)整個(gè)碳化硅片淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，之后通過(guò)超聲波剝離使正面形成接觸金屬層；

(10.3)在1000℃溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘形成歐姆接觸。

步驟K，淀積形成集電極111。具體地，如圖2K所示，對(duì)整個(gè)碳化硅片背面淀積500nm的Ni金屬，在1050℃溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘形成歐姆接觸。

步驟L，淀積形成發(fā)射極接觸金屬112。具體地，如圖2L所示，對(duì)驅(qū)動(dòng)管的溝槽表面和輸出管的N+發(fā)射區(qū)105表面分別淀積500nm的Ni金屬，作為發(fā)射極的接觸金屬層，在1050℃下，氮?dú)鈿夥罩型嘶?分鐘形成歐姆接觸電極；

步驟M，通過(guò)互連金屬層連接驅(qū)動(dòng)管與輸出管。具體地，如圖1所示。

在驅(qū)動(dòng)管的發(fā)射極和輸出管的基極上淀積500nm厚的Ni金屬，作為互連金屬層。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種集成式高壓碳化硅達(dá)林頓管及其制作方法，由于增加了具有傾斜角度的有源區(qū)器件溝槽，增大了加速電子在基區(qū)輸運(yùn)的電場(chǎng)，從而提高了器件的基區(qū)傳輸效率和電流增益，提高了驅(qū)動(dòng)管電流增益；采用了具有傾斜角度的器件隔離區(qū)，并且在器件隔離區(qū)底部的外延層注入Al離子形成了P+注入層，從而緩解了電場(chǎng)集中效應(yīng)，提高了擊穿電壓，避免了提前擊穿；同時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)管和輸出管是在同一晶片制作完成的，使得制作工藝簡(jiǎn)單且成本低。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。